精细除尘设备的优化方案

高炉煤气经粗除尘和半精细除尘之后，尚含有少量粒度更细的粉尘，需要进一步精细除尘之后才可以使用。精细除尘的主要设备有文氏管、布袋除尘器和电除尘器等。精细除尘后标态煤气含尘量小于10mg/m3。

8.1.3.1　文氏管

文氏管由收缩管、喉口、扩张管三部分组成，一般在收缩管前设两层喷水管，在收缩管中心设一个喷嘴。

文氏管除尘原理与溢流文氏管相同，只是通过喉口部位的煤气流速更大，气体对水的冲击更加激烈，水的雾化更加充分，可以使更细的粉尘颗粒得以湿润凝聚并与煤气分离。

表8-2　溢流文氏管主要设计参数

文氏管的除尘效率与喉口处煤气流速和耗水量有关，当耗水量一定时，喉口流速越高则除尘效率越高；当喉口流速一定时，耗水量多，除尘效率也相应提高。但喉口流速不能过分提高，因为喉口流速提高会带来阻力损失的增加。精细除尘文氏管结构参数见表8-3。

表8-3　文氏管主要设计参数

由于文氏管压力损失较大，适用于高压高炉，文氏管串联使用可以使标态煤气含尘量降至5mg/m3以下。

由于高炉冶炼条件时有变化，从而使煤气量发生波动，这将影响到文氏管正常工作。为了保证文氏管工作稳定和较高的除尘效率，设计时可采用多根异径文氏管并联使用，也可采用调径文氏管。调径文氏管在喉口部位设置调节机构，可以改变喉口断面积，以适应煤气流量的改变，保证喉口流速恒定和较高的除尘效率。

8.1.3.2　静电除尘器

静电除尘器的工作原理是当气体通过两极间的高压电场时，由于产生电晕现象而发生电离，带阴离子的气体聚集在粉尘上，在电场力作用下向阳极运动，在阳极上气体失去电荷向上运动并排出，灰尘沉积在阳极上，用振动或水冲的办法使其脱离阳极。

图8-8　静电除尘器结构形式图

a—单管式；b—板式；c—套筒式

静电除尘器电极形式有平板式和管式两种，通常称负极为电晕极，正极为沉淀极。其结构形式有管式、套筒式和平板式3种类型，如图8-8所示。沉淀极用钢板制成，电晕极由紫铜（或黄铜）线（或片）组成，其形状有圆形（φ3.5～4.5mm）、星片形和芒刺形。套筒式静电除尘器各层的间距为180～200mm，平板式各钢板间距为170～180mm。

静电除尘器由煤气入口、煤气分配设备、电晕极与沉淀极、冲洗设备、高压瓷瓶绝缘箱等构成，图8-9为5.5m2套筒式电除尘器结构示意图。

图8-9　5.5m2套筒式电除尘器

1—分配板；2—外壳；3—电晕极；4—沉淀极；5—框架；6—连续冲洗喷嘴；7—绝缘箱

定期冲洗的设备是用6个半球形喷水嘴，均布在沉淀极上方。而连续冲洗设备则用溢流水槽，在沉淀极表面形成水膜。对板式、套筒式沉淀极则用水管向沉淀极表面连续喷水，在板面上形成水膜。

煤气分配设备是为煤气能均匀地分配到沉淀极之间而设置的。用导向叶片和配气格栅装在煤气入口处。(www.xing528.com)

影响静电除尘器效率的因素有：

（1）荷电尘粒的运动速度。即尘粒横穿气流移向沉淀极的平均速度，速度愈大除尘效率就愈高。增大电晕电流，增大了电场与荷电尘粒的相互作用力，加速了荷电尘粒向沉淀极的运动速度，可以使吸附于尘粒上的荷电量相应地增多。可以采用提高工作电压或降低临界电压的方法，增大电晕电流。通过改变电晕极的形状，可实现降低临界电压，如管式静电除尘器的电晕极，由圆导线改为星片后，临界电压由39kV左右降到29kV；减小电晕线的直径也可以降低临界电压，但受到材料强度的限制。采用利于尖端放电的电晕极可发挥电风效应，电风可直接加速荷电尘粒向沉淀极的运动速度，电风又可使离子和尘粒的浓度趋于均匀，加速离子沉积于尘粒上的过程。

（2）沉淀极比表面积愈大除尘效率愈高。沉淀极比表面积是指在1s内净化1m3煤气所具有的沉淀极面积。

（3）煤气流速与入口煤气含尘量。煤气流速要适当，过大会影响荷电尘粒向沉淀极运动的速度，或把已沉积在沉淀极上的尘粒带走；过小则降低了生产效率，一般为1～1.2m/s，如果煤气先经过文氏管处理，含尘量较低时流速可以提高到1.5～2.0m/s。煤气含尘量不宜过多，否则会产生电晕闭塞现象，引起除尘效率下降。

（4）喷水冲洗沉淀极上的尘粒，可防止“反电晕”现象产生，以提高除尘效率。一般入口煤气含尘量少时，可定期冲洗，含尘量多时应连续冲洗。

（5）灰尘本身的性质和数量也影响着除尘效率。灰尘本身的导电性，影响它在沉淀极上失去电子的难易程度。导电性过高，易重新被煤气流带走，过低则会造成沉淀极堆积。煤气的湿度和温度直接影响灰尘的导电性。

电除尘器是一种高效率除尘设备，可将煤气含尘量降至5mg/m3以下，除尘效果不受高炉操作条件的影响，压力损失小，但是一次投资高。

8.1.3.3　布袋除尘器

布袋除尘器是过滤除尘，含尘煤气流通过布袋时，灰尘被截留在纤维体上，而气体通过布袋继续运动，属于干法除尘，可以省去脱水设备，投资较低，特别是对采用余压透平发电系统的高炉，干法布袋除尘的优点就更为突出，可以提高余压透平发电系统入口煤气温度和压力，提高能源回收效率。

布袋除尘器主要由箱体、布袋、清灰设备及反吹设备等构成，见图8-10。

图8-10　布袋除尘器示意图

1—布袋；2—反吹管；3—脉冲阀；4—脉冲气包；5—箱体；6—排灰口

布袋除尘器在工作过程中，当布袋清洁时，起截留作用的主要是纤维体。随着纤维体上灰尘的不断增加，部分灰尘嵌入到布袋纤维体内，部分灰尘在布袋表面上形成一层灰尘，这时煤气流中的灰尘被截留主要是靠灰尘层来完成的。所以，布袋清洁时，除尘效率低，阻损小；当布袋脏时，除尘效率高，但阻损也高。因此，当煤气流通过布袋除尘器的压力降达到规定值时需要进行反吹清灰，以降低煤气流的压力降。

布袋除尘器的总过滤面积可以根据布袋可能承受的过滤负荷进行计算。过滤负荷是指每平方米布袋每小时允许过滤的煤气量。布袋总面积按下式计算：

式中　A——除尘器总过滤面积，m2；

Q——除尘器过滤煤气总流量，m3/h；

i——布袋允许的过滤负荷，一般取30～35 m3/m2·h。

除尘器总过滤面积除以每条布袋的表面积，即可求出布袋的总条数。布袋除尘器需要设置的箱体个数和每个箱体内布袋的条数要统筹考虑。

布袋除尘器箱体由钢板焊制而成，箱体截面为圆筒形或矩形，箱体下部为锥形集灰斗，水平倾斜角应大于60°，以便于清灰时灰尘下滑排出。集灰斗下部设置螺旋清灰器，定期将集灰排出。

采用布袋除尘器，需要解决的主要问题是进一步改进布袋材质，延长布袋使用寿命，准确监测布袋破损，以及控制进入布袋除尘器的煤气温度及湿度等。